土木工程材料的基本性質(zhì)

1、土木工程材料的基本性質(zhì)作者:日期:第1章土木工程材料的根本性質(zhì)第1節(jié)材料的組成、構(gòu)造和構(gòu)造一、材料的組成composition1化學組成(chemical):指構(gòu)成材料的化學元素及化合物的種類和數(shù)量。如水泥m霜 » ?z I r a -b ">%中工.E化學組成：2礦物組成(mineral):將無機非金屬材料中具有特定的晶體構(gòu)造、特定的物理力 學性能的組成構(gòu)造稱為礦物。礦物組成指構(gòu)成材料的礦物的種類和數(shù)量。如水泥的礦物組 成：3CaO.SiO2 3760% 2CaO.SiO2 1537%3CaO.AL2O3 3715% 1018%3相組成(phase): 材料中構(gòu)造相

2、近、性質(zhì)一樣的均勻局部稱為相。自然界中的物質(zhì)可分為氣相、液相、固相三種形態(tài)。土木工程材料大多是多相固 體材料，這種由兩相或兩相以上的物質(zhì)組成的材料，稱為復合材料。二、材料的構(gòu)造structure 1、宏觀構(gòu)造> 10-3mn材料的宏觀構(gòu)造是指用肉眼或放大鏡能夠分辨的粗大組織。按其孔隙特征分為：1致密構(gòu)造：指具有無可吸水、透氣的孔隙的構(gòu)造。如金屬材料、致密 石材、玻璃、塑料、橡膠等。2多孔構(gòu)造：指具有粗大孔隙的構(gòu)造。如加氣混凝土、泡沫混凝土、泡 沫塑料及人造輕質(zhì)多孔材料。3微孔構(gòu)造：指具有微細孔隙的構(gòu)造。如石膏制品、低溫燒結(jié)粘土制品。 按其組織構(gòu)造特征分為：1堆聚構(gòu)造：指由集料與具有膠凝性

3、或粘結(jié)性物質(zhì)膠結(jié)而成的構(gòu)造。例 如水泥混凝土、砂漿、瀝青混合料等。2纖維構(gòu)造：指由天然或人工合成纖維物質(zhì)構(gòu)成的構(gòu)造。例如木材、玻 璃鋼、巖棉、GR(制品等。3層狀構(gòu)造：指由天然形成或人工粘結(jié)等方法而將材料疊合而成的雙層 或多層構(gòu)造。例如膠合板、蜂窩煤、紙面石膏板、各種新型節(jié)能復合墻板等。4散粒構(gòu)造：指由松散粒狀物質(zhì)所形成的構(gòu)造。例如混凝土集料、粉煤 灰、細砂、膨脹珍珠巖等。2、細觀構(gòu)造(10-3 10-6mm尺度)材料的細觀構(gòu)造是指可用光學顯微鏡觀察到的構(gòu)造。-金屬材料的金相組織-木材的木纖維-混凝土內(nèi)的微裂縫等3、微觀構(gòu)造10-6 10-10mm原子、分子尺度微觀構(gòu)造是指原子、分子層次的構(gòu)造

4、?？捎秒娮语@微鏡或X射線來進展分析研究。按微觀構(gòu)造，材料可分為晶體、玻璃體、膠體。1晶體(crystal) 原子晶體(atomic crystal) 離子晶體(ionic crystal) 分子晶體(molecular crystal) 金屬晶體(metal crystal)2玻璃體(glass)玻璃體亦稱為無定形體或非晶體。玻璃體是化學不穩(wěn)定的構(gòu)造，容易與其他物質(zhì)起化學反響。3膠體(gel) 溶膠構(gòu)造 凝膠構(gòu)造 溶膠-凝膠構(gòu)造三、材料的構(gòu)造constitution 材料的構(gòu)造是指具有特定性質(zhì)的材料構(gòu)造單元的相互搭配情況。與構(gòu)造相比，更強調(diào)一樣材料或不同材料間的搭配與組合關(guān)系。例如：木材的木纖

5、維管胞按不同形態(tài)和方式搭配和組合，形成不同種類的木材，決定了各種木材具有不同的物 理力學性質(zhì)；具有特定構(gòu)造的節(jié)能墻板，因其是由不同性質(zhì)的材料經(jīng)一定組合搭 配而成的復合材料，故具有良好的隔熱保溫、隔聲、防火抗震、鞏固耐久等功能 和性質(zhì)。思考題1材料的組成、構(gòu)造、構(gòu)造和材料性能之間的關(guān)系。2材料組成與性能的關(guān)系?材料組成微小差異就可引起材料性能根本的改變?材料中物相含量的變化就可導致材料質(zhì)的突變第2節(jié)材料的根本物理性質(zhì)一、材料的密度、表觀密度與堆積密度1、密度(density):是指材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計算：式中密度，g/cm3;m材料的質(zhì)量，g ；V 材料在絕對密實狀態(tài)下

6、的體積，cm。 注：1絕對密實狀態(tài)下的體積是指不包括孔隙在內(nèi)的體積。2近似密度：指在密度測定時，直接以塊狀材料為試樣，以排液置換法測量其體積，近似作為其絕對密實狀態(tài)的體積，并按上述公式計算，所求得的密度。2、表觀密度(apparent density):是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式 計算：式中 表觀密度，g/cm3或kg/m3 ；m材料的質(zhì)量，g或kg ；v 0材料在自然狀態(tài)下的體積，或稱表觀體積，cm或m。 注：1材料的表觀體積是指包含內(nèi)部孔隙的體積。2一般情況下，表觀密度是指氣干狀態(tài)下的表觀密度；而在烘干狀態(tài)下的表觀密度，稱為干表觀密度。? 3、堆積密度散粒體(bulk d

7、en sity) (for particles):是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計算：式中堆積密度，kg/m3；m 材料的質(zhì)量，kg;V 0材料的堆積體積，m。材料的堆積體積是包含顆粒之間空隙的體積。密度、表觀密度和堆積密度的關(guān)系問題：對于某一種材料來說，其密度、表觀密度和堆積密度之間的相互關(guān)系怎樣？- 答：密度表觀密度堆積密度-為什么？- 答：-自然狀態(tài)下的體積=絕對密實體積+孔隙體積；-堆積體積=密實體積+孔隙體積+空隙體積。-常用的土木工程材料的有關(guān)數(shù)據(jù)見表 1-1.材料3密度(g/cm )3表觀密度（kg/m ）3堆積密度（kg/m ）石灰?guī)r2.6018002

8、600一花崗巖2.825002900一碎石石灰?guī)r2.60一1 4001700砂2.60一1 4501650普通粘土磚2.5016001800空心粘土磚2.5010001400一水泥3.20一12001300普通混凝土一21002600一輕集料混凝土一8001900一木材1.55400800一鋼材7.857850一泡沫塑料一20 50一2、材料的密實度與孔隙率(1)密實度(Solidity)算:孔隙率（porosity）算:即D+P=1:是指材料的體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實的程度。按下式計 或:是指材料的體積內(nèi)，孔隙體積所占的比例。按下式計 或密實度+孔隙率=1?孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度 3、材料的填充率與空隙率散粒體(1)填充率(filling ratio):是指在某堆積體積中，被散粒材料的顆粒所填充 的程度。按下式計算：或(2)